JPS59229466A - 内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、すぐれた耐摩耗性を有し、内燃機関のパル
プロッカアームのバット面の形成やタペットなどの摺動
部材の製造に使用した場合に、相手部材であるカムシャ
フトを損傷することなく、それ自体もすぐれた耐摩耗性
を示すＦｅ基焼結合金に関するものである。

〔従来技術およびその問題点〕

一般に、例えば内燃機関のパルブロッカアームのバット
面は、強い衝撃荷重と高速摺動を受けるものであるため
、前記バット面を形成する材料には耐摩耗性と相手部材
であるカムシャフトを損耗させない性質が要求される。

従来、このような荷重と摺動を受ける内燃機関の摺動部
材の製造には、 （ａ）鋳造に際して荷重および摺動を受ける部分をチル
化した鋳鉄。

（ｂ）炭化タングステン、炭化モリブデンなどからなる
硬質粒子を分散させて硬さ向上をはかった焼結合金、 などの材料が使用されているが、上記（ａ）材料は満足
する耐摩耗性を示さず、また上記（１））材料において
は、それ自体非常に硬質であるだめ相手部材を損耗させ
、しかもこの損耗度合は分散硬質粒子の量が多く、その
粒径が大きいほど増大するものであり、このようなこと
から逆に分散硬質粒子の量を少なく、かつその粒径を微
細にすれば、それ自体の耐摩耗性が低下して望ましくな
いなどの問題点を有するものである。

〔研究に基く知見事項および発明の構成要件〕本発明者
等は、上述のような観点から、すぐれた耐摩耗性および
靭性を有すると共に、相手部材に及ぼす損耗がほとんど
皆無の合金を得べく研究を行なった結果、成分組成を、
重量％で、Ｃ：　１〜３　チ。

Ｃｒ：　１０．１〜２０　％。

を含有し、 Ｍｏ：　０．５〜１０％。

Ｗ：０．５〜ｌＯチ。

Ｖ：０．２〜５　ヂ。

Ｔａ：０．２〜５　％。

のうちの１種または２種以上を含有しくただしＭｏ。

Ｗ、Ｖ、およびＴａからなる炭化物形成成分の含量：２
０チ以下）、さらに必要に応じて、Ｎｉ：０．５〜ｌＯ
％。

Ｃｏ：０．５〜１０％。

のうちの１種または２種を含有し、残シがＦｅと不可避
不純物からなる組成で構成すると共に、製造に際しては
、粉末冶金法を適用し、例えば原料粉末として共還元法
により製造した合金粉末を使用すると、理論密度比＝９
０９０チを有し、かつマトリックス素地中に平均粒径：
３〜５０μｍの硬い炭化物粒子が均一に分散した組織を
有するＦｅ基焼結合金が得られるようになシ、シかもこ
の結果得られたＦｅ基焼結合金は、マトリックス中に均
一に分散した硬い炭化物粒子によってすぐれた耐摩耗性
を有するほか、前記炭化物粒子の平均粒径が３〜５０１
１ｍと比較的微細なので、使用初期において炭化物粒子
より軟いマトリックスが摩耗して５− 早期に平滑な摩耗面を形成することから、相手部材に対
するなじみ性がきわめて良好になると共に、摩擦面の面
圧が微細な炭化物粒子に一様に分散されるようになるこ
とから、それ自体は勿論のこと、相手部材の摩耗も改善
し、さらに理論密度比：９０チ以上をもつ緻密なもので
あるため靭性がきわめて高く、したがって靭性不足に帰
因するマトリックス破壊も皆無であるなどのすぐれた特
性を有するものであるという知見を得たのである。

〔技術的限定理由〕

ついで、この発明のＦｅ基焼結合金において、成分組成
範囲、理論密度比、および炭化物粒子の平均粒径を上記
の通り数値限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖ、および’ｒ
ａと結合して炭化物を形成し、合金の耐摩耗性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が１チ未満では、炭化物
の析出量が少なすぎて所望のすぐれた耐摩耗性を確保す
ることができず、一方３チを越えて含有させると、炭化
物の析出量が多くなシすぎて相６− 甲部材が著しく摩耗するようになると共に、靭性低下を
きたすようになることから、その含有量を１〜３％と定
めだ。

（ｂ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、Ｃと結合してビッカース硬さ：１０００
〜１８００をもった高硬度ｃｒ炭化物を析出し、合金の
耐摩耗性を一段と改善すると共に、マ）　ＩＪラックス
中固溶して、その耐熱性を一層向上させる作用があるが
、その含有量が１０．１％未満では、前記作用に所望の
効果が得られず、一方２０チを越えて含有させると、相
手部材の摩耗が激しくなると共に、合金脆化が発生する
ようになることから、その含有量を１０．１〜２０チと
定めだ。

（ｃ）　　Ｗ、Ｍｏ、　Ｖ、およびＴａＷ、ＭＯ，Ｙ、
およびＴａ成分には、それぞれ微細な炭化物（Ｗおよび
ＭＯはビッカース硬さＨＶ：１０００〜３０００を有す
る複合炭化物、■およびＴａはＨｖ：　２３　’ＯＯ〜
３３００を有するＭＣ型炭化物）を形成して、合金の耐
摩耗性を改善すると共に、マトリックスに固溶して耐熱
性を向上させる作用があるが、その含有量が、それぞれ
Ｍ○二０．５％未満。

Ｗ：０５％未満、Ｖ：０．２％未満、Ｔａ：０．２％未
満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方Ｍｏ：
　１０％、Ｗ：１０％、Ｖ：５％、およびＴａ：５チを
それぞれ越えて含有させると、゛相手部材を損耗させる
度合が激しくなるばかりでなく被研削性も劣化するよう
になることから、前記各成分の含有範囲を上記のように
定めた。ただし、Ｗ、Ｍｏ。

■、およびＴａの炭化物形成成分を、合量で２０％を越
えて含有させると、析出炭化物の量が多くなりすぎて相
手部材を著しく損耗するようになることから、これら炭
化物形成成分を合量で２０ｆ）を越えて含有させてはな
らない。

（ｄ）　　Ｎｉ、　Ｃ。

旧およびＣｏ成分は、より一層のマ）　ＩＪラック強化
となじみ性改善をはかるために選択的に含有されるが、
その含有量がそれぞれ０．５％未満では所望の添加含有
効果が得られず、一方それぞれ１０チを越えて含有させ
ても、より一層の改善効果は見られず、経済性を考慮し
て上限値を１０チと定めた。

（ｅ）合金の理論密度比 その理論密度比が９０％未満では、マ）　ＩＪラックス
強度が低く、空孔も存在し、前記空孔のもつ切欠き効果
によってクラック伝播が促進されるようになることから
、摩擦面における前記マトリックスは大巾に破壊され、
この結果摩耗が著しくなるので、９０％以上の理論密度
比をもつようにしなければならない。

（ｆ）　　炭化物粒子の平均粒径 その平均粒径が３μｍ未満では、細かすぎて所望のすぐ
れた耐摩耗性を確保することができず、一方５０μｍを
越えて大きな平均粒径にすると、炭化物粒子にへき開や
剥離が発生し、これが連続するとマトリックスに破壊が
起るばかりでなく。

相手部材をも著しく損耗するようになることから、その
平均粒径を３〜５０μｍと定めたのである。

〔実施例および効果の確認〕

つぎに、この発明のｌ’ｉ’ｅ基焼結合全焼結合金によ
９− り比較例と対比しながら説明する。

まず、酸化鉄粉末を主原料として使用し、これに各成分
の金属酸化物粉末と炭素粉末を所定量配合した後、水素
還元（炭素と水素による共還元法）して合金粉末とし、
ついでこの合金粉末から５ｔｏｎ、ｚ−の圧力で圧粉体
を成形した後、この圧粉体を真空中、１１２０〜１１８
０℃の範囲内の所定温度で焼結して、それぞれ第１表に
示される成分組成をもった焼結体を製造し、引続いてこ
の焼結体に、温度：　１０００℃に加熱して焼入れした
後、温度：５４０〜５６０℃に１時間保持の熱処理を施
すことによって本発明合金１〜２３と比較合金１〜６を
それぞれ製造した。

なお、比較合金１〜６は、構成成分のうちのいず□れか
の成分（第１表に※印を付した成分）がこの発明の範囲
から外れた組成をもつものである。

つぎに、この結果得られた本発明合金１〜２３および比
較合金１〜６について、炭化物粒子の平均粒径、理論密
度比、ビッカース硬さ、および抗折力を測定すると共に
、これをロッカーアームの１０− バット面に使用して、運転時間：　１００時間（スプリ
ング荷重Ｈ７５ｋｙ）の摩耗試験を行ない、その摩耗量
と相手部材であるカムの摩耗量を測定した。これらの結
果を第１表に合せて示しだ。また、第１表には、従来材
料としてバット面をチル処理した鋳鉄の同一条件での摩
耗試験結果も示した。

第１表に示される結果から、本発明合金１〜２３は、い
ずれも従来材料に比して、著しくすぐれた耐摩耗性を有
し、かつ相手部材の摩耗もきわめて小さいのに対して、
比較合金１〜６に見られるように、ＣおよびＣｒ成分、
さらに炭化物形成成分であるＭｏの含有量が本発明範囲
から外れて低い場合には十分な耐摩耗性が得られず、一
方Ｃおよびｃｒ酸成分並びにＭｏ成分の含有量が高い方
に外れると、相対的に相手部材の摩耗がはげしくなるこ
とが明らかである。

上述のように、この発明のＦｅ基焼結合金は、すぐれた
耐摩耗性と、相手部材に及ぼす損耗度合がきわめて小さ
い特性を有するのである。

１３−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：１〜３％。 Ｃｒ：　１０．１〜２０　％。 を含有し、 Ｍｏ二０．５〜１０％。 Ｗ：０５〜１０チ。 Ｖ：０．２〜５チ。 Ｔａ：０．２〜５％。 のうちの１種または２種以上を含有しくただしＭｏ。 Ｗ、Ｖ、およびＴａからなる炭化物形成成分の合量：２
   ０％以下）、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（
   以上重量％）を有し、かつ理論密度比：９０チ以上をも
   つと共に、素地中に平均粒径：３〜５０μｍの炭化物粒
   子が均一に分散した組織をもつことを特徴とする内燃機
   関の摺動部材用Ｆｅ基焼結合金。
2. （２）Ｃ：１〜３％。 Ｃｒ：　１０．１〜２０％。 を含有し、 Ｍｏ二０５〜１０％。 Ｗ：０．５〜１０％。 Ｖ：０．２〜５％。 Ｔａ：０．２〜５チ。 のうちの１種または２種以上を含有しくただしＭｏ。 Ｗ、Ｖ、およびＴａからなる炭化物形成成分の合量：２
   ０係以下）、さらに、 Ｎｉ：０．５〜１０チ。 Ｃｏ：０．５〜ｌＯチ。 のうちの１種または２種を含有し、残りがＦｅと不可避
   不純物からなる組成（以上重量％）を有し、かつ理論密
   度比：９０％以上をもつと共に、素地中に平均粒径：３
   〜５０μｍの炭化物粒子が均一に分散した組織をもつこ
   とを特徴とする内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼結合金。